泥水盾构开挖面稳定浅谈

1、泥水盾构开挖面稳定浅谈专业：专业： 隧道工程隧道工程姓名：姓名： * * * *学号学号：* * * * * * * * * *2.开挖面不稳定的影响开挖面不稳定的影响1.盾构工法简述盾构工法简述4.开挖面稳定系统开挖面稳定系统3.泥水压力设定泥水压力设定6.掘削面坍塌探查掘削面坍塌探查5.确定开挖面稳定方法确定开挖面稳定方法7.个人感悟个人感悟目录目录泥水盾构开挖面稳定浅谈盾构工法简述自然支护 开挖面的稳定方法是盾构工作原理的主要方面，也是其区别于TBM的主要方面。依靠堆土斜面压力平衡开挖面压力通过刀盘等机械支护压力平衡土压通过压缩空气平衡开挖面压力机械支护压缩空气支护土压平衡支护和泥浆支护

2、 分别靠土仓内的土压力和泥水舱内的泥水压力平衡开挖面压力而保持开挖面的稳定。这是目前最常用的两种盾构，泥水压力盾构是我要讲述的重点！所提供的压力小于土压所提供的压力小于土压+水压水压 所提供的压力大于土压所提供的压力大于土压+水压水压 12 开挖面不稳定的影响 保证盾构隧道掘进过程中开挖面的稳定是许多学者一直研究保证盾构隧道掘进过程中开挖面的稳定是许多学者一直研究的问题，无论是土压平衡盾构还是泥水盾构，都需要保证所提供的问题，无论是土压平衡盾构还是泥水盾构，都需要保证所提供的压力和开挖面土压、水压保持动态平衡。的压力和开挖面土压、水压保持动态平衡。不平衡时容易出现的问题不平衡时容易出现的问题

3、开挖面坍塌、地表沉降，进而影响地面结构物的安全和正常使用。 地表隆起，对地层和地面结构造成损害地表沉降和隆起地表沉降和隆起？ 地表沉降和隆起地表沉降和隆起一直是一直是盾构隧道施工过程中不可避盾构隧道施工过程中不可避免的问题，就地铁而言，其免的问题，就地铁而言，其主要修筑在繁华都市，因而主要修筑在繁华都市，因而对此提出了更高要求。特别对此提出了更高要求。特别是下穿文物古迹时，决不能是下穿文物古迹时，决不能对地面建筑构成威胁，其沉降要求严格控制在毫米级。对地面建筑构成威胁，其沉降要求严格控制在毫米级。 除了前面所讲的除了前面所讲的开挖面不稳定开挖面不稳定对地表结构影响外，其因素是对地表结构影响外，

4、其因素是多方面的，例如盾尾空隙注浆不密实、注浆压力、盾构纠偏等。多方面的，例如盾尾空隙注浆不密实、注浆压力、盾构纠偏等。 后面我主要谈开挖面稳定的相关内容！泥水平衡盾构压力设定泥水平衡盾构压力设定泥水压泥水压= =地下水压地下水压+ +土压土压+ +预压预压地下水压力地下水压力1地下水压力即掘削面地层中的地下水压力即掘削面地层中的空隙水压力空隙水压力 该值应使用该值应使用观测井的测量值观测井的测量值，因为以，因为以钻孔调查孔内水位为基础设定的地下水压无钻孔调查孔内水位为基础设定的地下水压无法正确区分掘削面地层的空隙水压力和季节法正确区分掘削面地层的空隙水压力和季节变换致使的水位变化。变换致使的

5、水位变化。 对对粘土层粘土层而言，通常是将而言，通常是将地下水压力地下水压力记在土压力中记在土压力中。土压力土压力2这里的土压力是指掘削面上水平向的作用土压力。这里的土压力是指掘削面上水平向的作用土压力。 土压力的计算与土质状况、参数有关，可以是全部覆土土压力的计算与土质状况、参数有关，可以是全部覆土层厚度对应的竖直土压力，也可是是松弛土压。层厚度对应的竖直土压力，也可是是松弛土压。采用主动土压力的情形 1 对于覆盖土层厚度对于覆盖土层厚度HDHD（盾构直径）的无法形成拱效（盾构直径）的无法形成拱效应的软粘土或砂土地层而言，由朗肯土压力理论可知，将应的软粘土或砂土地层而言，由朗肯土压力理论可知

6、，将作用在掘削面的水平土压力作为主动土压力，不仅可以保作用在掘削面的水平土压力作为主动土压力，不仅可以保证掘削面稳定，同时还有一定的经济性。证掘削面稳定，同时还有一定的经济性。245tan2245tan2cHpa土体的内摩擦角土体的粘聚力（）土层的厚度（掘削面上顶到地表的覆掘削地层的土体容重（主动土压力)km)/3PacHmkNpa粘性土的主动土压力计算公式粘性土的主动土压力计算公式245tan2Hpa（各字母含义同上）（各字母含义同上）粘性土的主动土压力计算公式粘性土的主动土压力计算公式采用静止土压力的情形 2 静止土压力大多使用在静止土压力大多使用在HDHDHD的密实地层（砂层、砂砾层、影

7、粘土层）而言，的密实地层（砂层、砂砾层、影粘土层）而言，因地层存在一定的拱效应，故可把因地层存在一定的拱效应，故可把TerzaghiTerzaghi松弛土压力松弛土压力p pe e（掘削面顶部的覆盖土的松弛领域）当做竖直土压力。然（掘削面顶部的覆盖土的松弛领域）当做竖直土压力。然后按下式确定作用在掘削面前端的水平主动土压力后按下式确定作用在掘削面前端的水平主动土压力p pe e。eaapKp松动圈土压力松动圈土压力 图中所示图中所示TeizaghiTeizaghi松松弛土压力示意图，曲线弛土压力示意图，曲线b-b-f-df-d以内为松弛区域，盾以内为松弛区域，盾构隧道直径为构隧道直径为D DC

8、 C，松弛区，松弛区域土容重为域土容重为,松弛区域松弛区域宽度为宽度为2B2B1 1。K Ka a为主动土压力系数为主动土压力系数245tan2245tan2HcKa（粘土）（粘土）245tan2aK（砂土）（砂土）BHKBHKaeeWeKBcBpa/tan0/tan1tan 预压预压3 预压是考虑地下水压和土压的设定误差及送、排泥设备预压是考虑地下水压和土压的设定误差及送、排泥设备中的泥水压变动等因素，根据经验确定的压力，通常取值为中的泥水压变动等因素，根据经验确定的压力，通常取值为20-30kN/m20-30kN/m2 2。 1 2 3 上述公式虽然给出，土压力还是比较难确定。 采用静止土

9、压较理想，但对于采用松弛土压的地层而言，掘削面管理压力大，设备效率差。 多采用在充分讨论地层条件基础上，取上限为静止土压，下限为主动土压，管理压力取范围内某值。此时应考虑掘削土量和地层变形量后适当增减。泥 水 压 的 不 确 定 性 刀盘是稳定掘削面重要因素刀盘是稳定掘削面重要因素 根据地层选择掘削槽宽度和数量，同时设槽口开关根据地层选择掘削槽宽度和数量，同时设槽口开关 必须设置管理泥水和掘削土的测量装置必须设置管理泥水和掘削土的测量装置 用送泥泵转速控制泥水压，流量计和密度计测掘土量用送泥泵转速控制泥水压，流量计和密度计测掘土量 调整槽调节泥水质量调整槽调节泥水质量 制泥设备制作新的有添加剂

10、的泥水制泥设备制作新的有添加剂的泥水 泥水压力知道后就要从设备上进行控制，直接与稳泥水压力知道后就要从设备上进行控制，直接与稳定掘削面有关的机构是掘进、送排泥和泥水处理三部定掘削面有关的机构是掘进、送排泥和泥水处理三部分。分。 掘进机构掘进机构 送排泥机构送排泥机构 泥水处理机构泥水处理机构泥水盾构开挖面稳定系统背后注浆管理数据背后注浆管理数据地层变形量地层变形量掘削面坍塌探查数据掘削面坍塌探查数据盾构荷载（推力、掘削扭矩）盾构荷载（推力、掘削扭矩）掘削土量掘削土量掘削面坍塌探查掘削面坍塌探查 掘削面探查装置多以测定掘削面探查装置多以测定盾构掘削刀盘面板与掘削面间的间隙盾构掘削刀盘面板与掘削面

11、间的间隙的装置的装置为主。为主。电极法电磁波法超声波波法非接触式接触式：探测棒法掘削面坍塌探查法 接触法：用探查棒从盾构正面刀盘处伸出，读触及掘削面接触法：用探查棒从盾构正面刀盘处伸出，读触及掘削面时长度，根据距离变化判定掘削面稳定与否。时长度，根据距离变化判定掘削面稳定与否。 超生波和电磁波法都是通过波发出和返回时间算出刀盘和超生波和电磁波法都是通过波发出和返回时间算出刀盘和掘削面间距离；电极法利用泥水和地层的电阻率差推算出泥水掘削面间距离；电极法利用泥水和地层的电阻率差推算出泥水层厚度。层厚度。土压不现实也没有工程必要，而且通过进泥土压不现实也没有工程必要，而且通过进泥 地表沉隆属于工程中

12、经典问题，不可避免，地表沉隆属于工程中经典问题，不可避免，仅开挖面稳定对其影响就很复杂，由于土压仅开挖面稳定对其影响就很复杂，由于土压力不确定性力不确定性, ,进而泥水压力也只是一个近似进而泥水压力也只是一个近似值，并保持动态变化。当然十分精确的算出值，并保持动态变化。当然十分精确的算出泵转速控制泥水压也存在一定误差。泵转速控制泥水压也存在一定误差。 泥水盾构开挖面稳定是一个较复杂的问题，泥水盾构开挖面稳定是一个较复杂的问题，个个 人人 感感 悟悟我只是简单谈了泥水压力控制对其影响，其他我只是简单谈了泥水压力控制对其影响，其他其对开挖面稳定和地表隆沉的影响。其对开挖面稳定和地表隆沉的影响。我认为想从计算方法上提高泥浆压力精确度较难，因为地层我认为想从计算方法上提高泥浆压力精确度较难，因为地层不断变化而计算只是理论上的，较难符合；改进泥水压力不断变化而计算只是理论上的，较难符合；改进泥水压力 最后，由